Раскисление металла

Раскислением называется понижение содержания кислорода в металле или связывание его в прочные соединения.

Наиболее распространенным методом раскисления является глубинное (осадочное). Оно применяется при выплавке металла во всех агрегатах сталеплавильного производства и осуществляется введением в металл элементов, связывающих кислород в прочные оксиды

Более или менее полное удаление образовавшихся оксидных включений (продуктов раскисления) происходит в результате их осаждения — всплывания или выноса потоком металла и переходом в шлак или на твердые межфазные поверхности.

В настоящее время в металлургии для раскисления большинства сталей применяется алюминий в различных формах — в виде проволоки или брусков. Применение алюминия позволяет получить сталь с мелким зерном и показателями пластичности и вязкости, лежащими в пределах допустимых значений.

В то же время, применение алюминия, даже при относительной чистоте стали, в дальнейшем может привести к появлению некоторых отрицательных факторов:

• Уменьшение степени жидкотекучести стали и, как следствие, увеличение вероятности затягивания каналов сталеразливочных стаканов;
• Возможность образования кристаллических включений оксидов алюминия, имеющих остроугольную форму и служащих источниками разрушающих напряжений (концентраторами напряжений).

При обработке раскисленной алюминием стали порошковой проволокой с кальцийсодержащим наполнителем эти негативные явления в значительной степени становятся менее выраженными или их появление исключается совсем.

Обработка кальцием стали, предварительно раскисленной алюминием, позволяет достичь таких значений содержаний кислорода, которые по величине сопоставимых к равновесному с алюминием. Снижение концентрации кислорода при обработке в агрегате «ковш-печь» служит источником уменьшения количества неметаллических включений при охлаждении и последующем затвердевании стали.

Общеизвестно, что при обработке стали проволокой с наполнителем, содержащим кальций, при расходе последнего не более 0,2 кг/т, удается достичь снижения содержания кислорода вплоть до тысячных долей процента, что четко видно на представленном графике.

При этом, эффективность работы Ca при раскислении зависит от формы его существования в проволоке: металлический кальций имеет температуру плавления 851 °С и температуру испарения 1492 °С, температура плавления наиболее распространенного ферросплава СК30 (30% Ca и 60 Si по ГОСТ 4762-71) составляет 1100 °С, данный материал имеет меньшую упругость паров, что приводит к большей эффективности работы Ca. При установленной скорости введения порошковой проволоки обеспечивается усвоение кальция свыше 20%.

Одной из самых важных задач при производстве стали, предварительно раскисленной алюминием, является исключение вероятности затягивания каналов сталеразливочных стаканов при непрерывной разливке металла. Это обеспечивается регламентированным вводом порошковой проволоки с кальцийсодержащим наполнителем в ковш на агрегате «ковш-печь» в количествах, зависящих от содержания Al, Si, O, S в жидком металле.

Из приведенных на рис.2 результатов видно, что при существующей технологии производства изделий содержание азота является важнейшим показателем, определяющим качество металла: повышение количества азота в стали сопровождается ростом Акс v, а высокие значения ударной вязкости(более 1,7 кгс*м/см²) получены лишь при содержании азота не менее 0,015%. Вместе с тем встречаются случаи, когда при относительно высоком содержании азота(не менее 0,015%) металл характеризуется низким уровнем Акс v. Чтобы понять причину этого, на металле с количеством азота не менее 0,013% оценивали содержание алюминия. Эти элементы входят в состав нитрида в соотношении 1: 1,92, и если допустить, что весь азот связан в нитриды, то можно оценить количество требуемого для этого алюминия и сравнить его с фактическим содержанием в стали.

Преимущества, выраженные в уменьшении содержания кислорода в металле при раскислении порошковой проволокой по сравнению с обработкой кусковыми материалами ясно видны на представленном ниже графике зависимости содержания кислорода в стали от времени обработки.